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现代生物技术内容的复习,合肥九中 王艳艳,植物细胞工程理论基础？细胞全能性：,概念?原因（物质基础）?各种细胞全能性大小比较?是不是所有的细胞具有?理论上，什么样的细胞具有，而实际上?,细胞的全能性,植物细胞表现出全能性的必要条件是什么？（离体状态，一定的营养物质？激素？和其他一些外界条件？）生物体内已经分化的细胞为何不能表达出全能性？植物组织培养的成功证明了?,植物组织培养的基本过程,离体的植物器官、组织或细胞（外植体）脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 植物体,植物体的什么部位适合做外植体?是不是一定要用体细胞？离体的植物器官、组织或细胞能不能直接拿来做植物组织培养？在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？,植物组织培养的基本过程,离体的植物器官、组织或细胞（外植体）脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 植物体,需要什么条件才能发生脱分化？脱分化的概念?愈伤组织的特点?离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，能否培养成完整植物体？,植物组织培养的基本过程,离体的植物器官、组织或细胞（外植体）脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 植物体,再分化的概念?决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？,植物组织培养有哪些应用？,离体的植物器官、组织或细胞（外植体）脱分化愈伤组织 再分化根、芽 植物体,培育无病毒植物（怎样获得无病毒植株？）单倍体育种（花药离体培养阶段）大规模的植物细胞培养生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等,植物组织培养有哪些应用？,离体的植物器官、组织或细胞（外植体）脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 植物体,制造人工种子；（？什么是人工种子？人工种子应由哪几部分构成？有哪些优点？）快速繁殖（哪些植物需要？）,植物体细胞杂交基本过程,什么是原生质体？为何要制备原生质体？如何制备？如果将去除细胞壁的植物细胞放在等渗溶液中，细胞呈现什么形状？理由是什么？人工诱导原生质体融合的方法？,植物体细胞杂交基本过程,原生质体融合后就形成杂种细胞？植物体细胞杂交和植物组织培养有何区别和联系？,动物细胞培养 基本过程,多细胞动物和人体的细胞都生活在？内环境可以为细胞提供?体外培养的细胞需要什么样的环境条件？动物细胞培养所用的培养液的成分是？,动物细胞培养基本过程,取材？为什么动物细胞要分散成单个细胞培养？如何分散？,动物细胞培养基本过程,进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是什么成分？用胃蛋白酶行吗？胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗？,动物细胞培养基本过程,为什么要定期用胰蛋白酶把培养细胞从瓶壁上脱离？原代培养与传代培养的概念？细胞株和细胞系的概念？,动物细胞培养的应用,从动物细胞培养的目的看其应用：用于检测有毒物质检测原理？优点？大规模地生产蛋白质生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等；为皮肤大面积烧伤的病人提供移植用的皮肤优点？,动物细胞融合,人工诱导动物细胞融合的方法有？动物细胞融合与精子和卵细胞的融合有什么不同？诱导融合后的细胞是不是就是杂种细胞？融合后的细胞会表现出什么样的表型特征？,单克隆抗体的制备,运用了动物细胞工程的什么技术手段？制备单克隆抗体时，为什么要选用B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞？关键环节？,单克隆抗体,单克隆抗体的概念及特点？（化学性质单一、特异性强、灵敏度高，产量也大大高于血清抗体）单克隆抗体的应用？,体细胞核移植技术,例：1997年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达（Lucinda）的奶牛，年产奶量为30.8 t，创造了世界奶牛产奶量最高新纪录。目前世界各国高产奶牛场奶牛，年平均产奶量一般为十几吨，而我国奶牛产奶量年平均水平仅为34 t。（1）能利用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达吗？（2）如果将克隆高产奶牛卢辛达的任务交给你，你将如何对它进行克隆？,体细胞核移植技术,在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，想一想，这是为什么？你认为用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？,哺乳动物的克隆,用到哪些现代生物技术？为什么用去核卵细胞或卵母细胞？克隆动物的成功证明了？克隆动物的意义？,发酵工程的内容,1 菌种的选育：为何要选育?如何从自然界分离菌种？如何选育？谷氨酸发酵中选择什么样的菌种来进行谷氨酸的发酵生产？为什么？如何获得这样的菌种？,发酵工程的内容,2.培养基的配制需注意什么问题？（培养基配制的三个基本原则；尽量降低成本）谷氨酸发酵生产的培养基的原料和分类？该培养基从化学成分和物理性质上属于何种类型的培养基？（天然、液体培养基）这种培养基在工业生产上有何好处？,发酵工程的内容,3灭菌：灭菌的目的？杂菌指什么？什么东西需灭菌？灭菌方法？,发酵工程的内容,4.扩大培养和接种：为何要进行扩大培养?怎样进行？和发酵过程所需的条件是否一致？接种时应注意什么？,发酵工程的内容,5发酵过程：为什么说发酵过程是发酵的中心环节？需检测哪些项目？需控制哪些发酵条件？控制的原因？这些条件为何会变化？怎样控制？实际生产中为何常用连续培养的方法?,发酵工程的内容,谷氨酸发酵过程的条件控制？谷氨酸发酵过程的前期处理?发酵、发酵工程及发酵过程概念的差异？,发酵工程的内容,6分离提纯：分离提纯的方法？如何制成味精？（从发酵工程的两大类产品联系其应用）,发酵工程的应用,1.在医药方面：（1）发酵工程能生产人们所需的药品。例如：通过青霉发酵能生产青霉素。（2）通过发酵工程能生产基因药品。例如：将合成的人的胰岛素基因转移到大肠杆菌细胞内构建成“工程菌”，再通过培养“工程菌”即可获得人的胰岛素。,2在食品工业方面：（1）发酵工程能为人们提供丰富优质的传统发酵产品。如：生产呻酒，果酒等。（2）发酵工程能生产各种食品添加剂：酸味剂：柠檬酸、乳酸等。鲜味剂：谷氨酸等。色 素：-胡萝卜素等。甜味剂：高果糖浆等。,3发酵工程能为解决人类粮食短缺问题开辟新途径。例如：通过发酵可获得大量的微生物菌体单细胞蛋白。20世纪80年代中期全世界的单细胞蛋白年产量已达2.0 x107t，广泛用于食品加工和饲料中。生产一些营养物质如维生素、氨基酸等,基因工程的概念,基因工程的基本步骤：,1提取目的基因：什么是目的基因？获取目的基因的方法有哪些？图中所示的方法为？,基因工程的基本步骤：,2目的基因与运载体结合：运载体的作用?运载体必须具备的条件是什么？运载体的种类？最常用的运载体是什么？,基因工程的基本步骤：,为何要使用同一种限制酶来分别切割目的基因和质粒？（作用特点？这体现了酶的？专一性）也决定了限制酶具有？（多样性）结果？为什么要使用DNA连接酶？,基因工程的基本步骤：,要想将某个特定基因与质粒相连，需要用几种DNA限制性内切酶和几种DNA连接酶处理？为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNA？,基因工程的基本步骤：,3将目的基因导入受体细胞：将目的基因导入受体细胞的途径？将含目的基因的重组质粒导入细菌受体细胞的过程中常用到哪种化学试剂？其作用是什么？常用的受体细胞有哪些？,基因工程的基本步骤：,4目的基因的检测和表达：在目的基因的检测过程中，检测的对象是什么？为何要进行检测？举例说明如何检测?转基因生物形成的标志？,生物工程各分支领域之间的关系,人们通常将基因工程和细胞工程看做生物工程的上游处理技术，将发酵工程和酶工程看做生物工程的下游处理技术。基因工程和细胞工程可以为发酵工程和酶工程提供菌种。无论从微生物得到酶或用遗传工程菌获得产品，都必须依赖发酵工程技术。,生物工程各分支领域之间的关系,酶工程可以为基因工程、细胞工程和发酵工程提供所需的工具酶。酶工程中酶的生产一般要通过发酵工程来进行。细胞工程最主要和基础的技术是动植物细胞的培养技术，而基因工程中受体细胞的培养和筛选，胚胎工程中动物细胞的培养都需要细胞培养的技术。,现代生物技术内容与生命的物质基础和结构基础,组成细胞的元素和化合物植物组织培养、动物细胞培养、基因工程和发酵工程中微生物的培养都需要提供一定的营养物质：培养基比较(植物组织培养的,动物细胞培养的,发酵工程的，基因工程的)且都需要灭菌（或消毒）和无菌操作,细胞的显微结构与亚显微结构 细胞工程中就要在细胞整体水平或细胞器水平上按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品：植物体细胞杂交要去除细胞壁，要诱导融合的原生质体再生出细胞壁；细胞融合证明细胞膜具有流动性；细胞器移植；核移植等基因工程中的质粒；发酵工程中更是离不开微生物细胞,细胞的增殖基因工程，发酵工程中微生物的培养要涉及微生物的分裂植物组织培养和动物细胞培养都要发生真核细胞的有丝分裂；,细胞的分化与细胞的全能性植物组织培养，植物体细胞杂交，胚胎分割，克隆动物，试管婴儿细胞的癌变单克隆抗体的制备，“生物导弹”，动物细胞培养中的细胞系细胞的衰老动物细胞培养中的取材，细胞代数问题，细胞株、细胞系等,现代生物技术与生物的新陈代谢,1酶与现代生物技术：（1）生物工程本身需要酶：如基因工程中需限制酶、DNA连接酶等；细胞工程中需纤维素酶、果胶酶，胰蛋白酶等；发酵工程酶工程更是离不开酶（2）生物工程生产酶：基因工程为一些特定酶的生产提供菌种，通过发酵工程可以获得特定的酶,（3）酶的专一性与多样性在生物工程中有体现如限制酶的作用特点及种类，DNA连接酶的特定作用，去除植物细胞壁的酶解法，动物细胞工程中胰蛋白酶的运用，微生物代谢旺盛和其体内酶的种类繁多密切相关（4）酶的催化作用需要适宜的条件植物组织培养、动物细胞培养、基因工程和发酵工程的微生物培养中都需要提供合适的温度和酸碱度,2细胞的代谢产物：细胞的代谢废物 有害代谢废物的积累是细胞培养、发酵工程中需要注意的问题微生物（包括转基因菌种）、植物细胞、动物细胞的一些特定的代谢产物是现代生物技术的产品,3新陈代谢的类型：（1）植物组织培养的培养基中有蔗糖，且培养的一段时间内要求无光异养；（2）动物细胞培养说明其代谢类型？（3）发酵工程中培养的微生物多为异养需氧型，也有异养厌氧型，要根据所培养的微生物的不同代谢类型提供培养条件,现代生物技术与生命活动的调节,1植物的激素调节植物组织培养中要用到生长素、细胞分裂素2动物的激素调节动物细胞培养所用的培养基中要含有动物血清3微生物代谢的调节运用于微生物菌种的选育（如诱变选育出不能合成高丝氨酸脱氢酶的黄色短杆菌用于生产赖氨酸；通过一定的手段使谷氨酸棒状杆菌的细胞膜通透性增大利于谷氨酸的生产）；发酵过程中温度和酸碱度的人工调控,生物工程与生殖,（1）核移植、体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞的培养等技术对动物的生殖提供了帮助，动物胚胎移植能够提高动物的繁殖率：(可属于细胞工程?)如试管婴儿、试管牛有性生殖；克隆羊无性生殖（2）植物组织培养技术可用于快速繁殖试管苗，培养无病毒植株，制人工种子等，植物组织培养的优势能够提高自然繁殖率比较低的名贵花卉、濒危物种等的无性繁殖率。一般情况是无性生殖，但外植体是花药对话，即进行的是花药离体培养就属于有性生殖,（3）基因工程和细胞融合能够克服远缘杂交的不亲和性，实现亲缘关系较远的种间杂交。细胞工程不仅可以在植物与植物之间、动物与动物之间、微生物与微生物之间进行杂交，甚至可以在动物与植物与微生物之间进行融合，形成前所未有的杂交物种。,（4）微生物的生殖：一般利用其无性生殖及繁殖速度快：发酵工程中的扩大培养及发酵过程中的微生物（包括工程菌）繁殖：发酵工程正是利用了微生物繁殖速度快这一特点，通过人工培养在短时间内快速繁殖产生大量后代，从而获得大量的代谢产物或单细胞菌体本身。如培养酵母菌时根据不同需要控制条件使它进行不同的生殖方式。基因工程中利用微生物本身的快速繁殖在短时间内获得大量的目的基因。,（5）病毒增殖借用病毒增殖过程中的侵染细胞的途径可以将目的基因导入受体细胞；利用灭活的病毒诱导动物细胞融合；而在发酵工程中及细胞工程中要防止病毒的增殖，所以需要灭菌或消毒,及取用 不含病毒等外植体进行植物组织培养来获取无病毒植株,现代生物技术与遗传和变异,1 遗传的物质基础：基因是有遗传效应的DNA片段，生物的体细胞中含有全套的遗传信息，基因通过一定的路径表达来体现生物的性状，细胞中含有一定的基因就有可能表现一定的性状，所有的生物共用一套遗传密码子，所以某种真核生物的基因不仅可以在其他真核生物细胞中表达，也可以在原核生物细胞中表达细胞的全能性；基因工程，细胞融合有价值的基础；,原核生物的基因与真核生物的基因结构上有差异，真核生物的基因含有不表达的DNA片段，不能直接用于基因的扩增和表达，因此在获取真核细胞中的目的基因时一般不用人工合成基因的方法。,可遗传的变异的来源与现代生物技术中的育种问题,（1）生物工程与育种的关系：增加育种方式，可以做到定向育种，培育出传统的育种方式不可能培育出的品种，大大提高育种速度。生物工程本身需通过育种获得菌种,（2）基因突变诱变育种的原理，可获取发酵工程中所需的菌种，另外基因工程中也需要一些特定的菌种基因重组基因工程，细胞工程中进行了人工的基因重组，可以造就定向的变异，可以根据人们的意愿改造生物的遗传特性,甚至创造新的生命类型。能够克服远缘杂交不亲和的障碍，不受物种生殖隔离的限制，可以使人、动物、植物、微生物的基因进行人为地相互转移。,染色体数目的变异单倍体育种：先进行花药离体培养获得单倍体植株，再利用秋水仙素使其染色体加倍获得纯合体。大大缩短育种年限。使育种质量与进程大大提高。（3）植物组织培养：可以获得无病毒品种,现代生物技术与生态问题,1生态因素：非生物因素光、温度、氧和水等是细胞工程、发酵工程中需考虑的和调控的。生物因素种间关系中的竞争、寄生关系是细胞工程、发酵工程中消毒和灭菌的原因；种内关系中的种内斗争是影响到发酵过程中微生物数量变化的因素之一,2.种群数量的变化根据影响微生物群体生长的相关因素，在发酵工程中注意营养物质的供给，有害代谢产物的积累，发酵条件的控制。如连续培养方法的运用可以有助于延长稳定期、提高代谢产物的产量。,有利于生态环境的方面：,（1）开发生物技术杀虫新方法:防治效率高，专一性强，不污染环境，转基因生物天敌：微生物杀虫剂 农用抗生素（2）治理环境污染：利用基因工程、细胞工程可获得同时能分解多种有毒物质的新型菌种，如“超级细菌”可用于治理石油污染,有利于生态环境的方面,（3）培育转基因固氮生物进行生物固氮，减少化肥使用量.避免带来了土地板结，肥力下降；本身化肥的生产和使用还会导致环境污染，因此减少了环境污染。（4)环境监测：如利用DNA探针可以检测水中病毒含量；利用动物细胞培养技术对影响有毒有害物质检测（5）保护濒危物种，保护生物多样性：植物组织培养，克隆动物，试管动物（6）利于物质循环：例如发酵工程中常利用一些工农业的废弃物做培养基的原料,不利于生态环境的方面,1.转基因作物的高额利润会促使种植者放弃那些经济价值较低但对农业生态系统具有特别重要意义的其他作物。2.转基因作物的环境安全性问题 基因污染：转基因作物本身成为杂草的可能性；具有除草剂耐性因子的转基因作物的遗传因子可能通过授粉和种子迁移传播给野生植物。获得这些耐性后的野生植物有可能会变成对一般除草剂有耐性的“超级”杂草。为了清除这些杂草，将不得不使用更强大的，浓度更大的除草剂，这必然会引起土壤板结、土质变坏、药物残留等，从而对生态环境造成破坏。,转基因作物可能产生新的病毒或疾病；转基因作物对非目标生物的危害转基因作物作为外来种对新环境的入侵，使生物多样性受到威胁；转基因作物对生态系统及生态过程的影响；其他一些不可预计的风险。,现代生物技术与人体健康,（一）有利方面制备基因工程疫苗：疾病快速诊断技术：可利用单克隆抗体诊断药箱、DNA探针、酶传感器等快速 准确诊断各种疾病，如血糖快速测试仪化验血糖灵敏度高、速度快 疾病治疗：药物的生产，基因治疗提供营养物质：如氨基酸，维生素等；转基因食物水质监测：如多酚氧化酶传感器，DNA探针检测水中病毒,（二）转基因食物的食用安全性问题：1标记基因的传递可能引起的抗生素耐性2转基因食品引起食物过敏的可能性3毒性方面4因为交换遗传物质，可能产生新的有害生物或增强有害生物的危害性，甚至引起疾病的流行,5伦理方面6有些影响，还需要经过很长时间才能表现和监测出来。,科学是把双刃剑,生物安全是指对由现代生物技术的开发和应用可能产生的负面影响即对生物多样性保护和持续利用、生态环境保护和人体健康产生潜在有害影响所采取的有效预防和控制措施，从而达到保护生物多样性、生态环境和人体健康的目的。因此，生物安全日益引起人们的重视。,微生物的五大共性,体积小，面积大；吸收多，转化快；生长旺，繁殖快；适应强，易变异；分布广，种类多,微生物与现代生物技术,微生物与基因工程：充当基因工程运载体：微生物本身（如病毒和噬菌体），微生物细胞中的质粒；基因工程中的工具酶，几乎均来自各种微生物；作为基因工程中的受体，至今用得最多的都是具有优越体制、培养容易和能高效表达供体性状的各种微生物细胞；,目的基因导入受体细胞也是借鉴微生物侵染细胞的方式基因工程的直接成果往往可以获得“工程菌”尽管基因工程中的供体可以是其他任何生物对象，但是，微生物却是一种常用的独特基因供体，而且整个微生物界将是一个最为富饶的供体基因库。如微生物可以提供抗虫、抗病毒、抗干旱、抗盐碱、抗高温等多种抗性基因,微生物与细胞工程：灭活的病毒可以诱导动物细胞融合；微生物自身的细胞工程可以诱导不同的亲菌体融合，筛选后获得“工程细胞”微生物为细胞工程提供工具酶细胞工程中的灭菌和消毒,微生物与发酵工程：发酵工程的主角就是各种具有特定基因（可以是天然具有的，也可能是通过诱变或转基因技术、细胞工程技术获得的）的微生物菌种，通过发酵工程，微生物可以为人类提供各种各样的产品，包括各种 特殊的代谢产物及微生物菌体本身；在发酵工程中需注意消灭除菌种以外的其他微生物，灭菌和无菌接种是其中非常重要的步骤,请指教谢谢大家,
